Оптическая подсистема

Как уже было сказано, одной из основных составляющих фотоаппарата является его объектив. Поэтому необходимо упомянуть основные термины, касающиеся оптической подсистемы фотоаппарата.

Объективы с постоянным и переменным фокусным расстоянием

Чем больше фокусное расстояние, тем меньше угол зрения -предметов попадает в кадр меньше, но их размер в кадре больше. И наоборот, при уменьшении фокусного расстояния объекты съемки становятся меньше, но в кадр их попадает больше.

ПРИМЕЧАНИЕ
Фокусное расстояние — величина, обратно пропорциональная углу зрения объектива и прямо пропорциональная степени приближения в кадре объекта съемки. Указывается в миллиметрах.

Разумеется, что это также сказывается и на перспективе кадра -степени удаленности объектов друг от друга. Углу зрения обычного человека в 35-мм камерах соответствует фокусное расстояние 50 мм (46°).

Часто фокусное расстояние для цифровой фотокамеры указывается двумя цифрами, например, 6-15 мм (28-72 мм). Это вызвано тем, что размер ЭОП меньше кадра обычной пленки, поэтому линейные размеры оптики тоже меньше. Для удобства восприятия вводится вторая величина, которая обозначает фокусное расстояние в эквиваленте 35-мм камеры.

Для обозначения объективов с переменным фокусным расстоянием в англоязычной литературе применяется термин zoom, часто он калькируется в русских переводах словом «зум». Это неправильно, для объективов такого типа давно существует название вариообъектив. Под кратностью объектива подразумевают отношение максимального фокусного расстояния к минимальному, например, 105/35 = 3 — кратность объектива равна 3.

Объективы, фокусное расстояние которых не изменяется, в англоязычной литературе называются fired focus. В отечественной литературе такой тип оптики обозначается как объектив с постоянным фокусным расстоянием. Постоянное фокусное расстояние несколько ограничивает возможности фотографа, в то же время конструкция таких устройств предельно проста. Поэтому такие объективы чаще всего встречаются в недорогих компактных камерах.

Сменная оптика. Зеркальные и незеркальные камеры

До определенного момента вариообъективы с кратностью больше двух были сложными в производстве и капризными в эксплуатации. Поэтому для портретной, пейзажной и спортивной съемки использовались разные объективы, каждый с наиболее подходящим фокусным расстоянием. Фотограф закреплял их на камере, используя резьбовое либо байонетное соединение (о котором будет рассказано далее). Однако с появлением надежных и недорогих вариообъективов высокой кратности (от 3 и выше), а также повсеместным внедрением электроники, обеспечивающей правильный расчет параметров съемки, широкое распространение получили компактные камеры под 35-мм пленку, оборудованные несменными объективами с переменным фокусным расстоянием. Тем не менее сменная оптика сохранилась в так называемых зеркальных камерах.

Зеркальной (SLR — single lens reflex) называется камера, в которой изображение, попадающее в объектив, с помощью специальной оптической системы проецируется на поверхность экрана фокусировки. Это изображение пользователь наблюдает в видоискателе и визуально контролирует кадрирование и фокусировку. Для точного определения дистанции съемки применяются разнообразные оптические устройства. Одним из них является микрорастр, система микроскопических пирамидок, нанесенных на поверхность экрана фокусировки.

Чтобы изображение попало на видоискатель, используется либо зеркальце, убирающееся в момент съемки, либо полупрозрачная призма.

Обе схемы имеют как достоинства, так и недостатки.
«Прыгающее зеркальце» полностью исключает потери светового потока, однако обладает более сложной и громоздкой конструкцией и может ограничивать скорость непрерывной съемки. Кроме того, при движении зеркальца камера может испытывать сотрясение, приводящее к «смазыванию» кадра. Для компенсации этого сотрясения камеры, использующие схему с «прыгающим зеркальцем», выполняются довольно увесистыми. Большинство пленочных зеркальных фотоаппаратов оснащены данной системой. Практически все они используют сменную оптику, позволяющую самым оптимальным образом подобрать объектив для разных режимов съемки.

«Призма» не имеет каких-либо движущихся частей, поэтому стопроцентно надежна и очень компактна. Однако при разделении светового потока он ослабляется, кроме того, существует опасность засветки ЭОП через окошко видоискателя. Из обычных фотоаппаратов, использующих полупрозрачную призму, наиболее известна серия IS фирмы Qlympus. Эти модели отличаются малыми габаритами и весом, имеют высокую степень автоматизации и оснащены несменной оптикой.

Незеркальные модели используют оптический видоискатель, не совмещенный с объективом. Большинство любительских компактных камер под пленку 35-мм выполняются незеркальными. По своим характеристикам любительские цифровые камеры ближе всего как раз к этому классу техники. Проблема фокусировки в таких моделях решается применением автофокусных объективов, а в наиболее дешевых — объективов со свободным фокусом.

Отличительной чертой незеркальных фотоаппаратов является эффект, именуемый параллаксом — расхождением оптических осей видоискателя и объектива. Он затрудняет кадрирование при макросъемке — фотографировании маленьких объектов с близкого расстояния. Для учета параллакса при макросъемке оптические видоискатели снабжены специальными рисками.

В цифровых камерах проблема параллакса решается использованием в качестве видоискателя цветного ЖК-дисплея, предназначенного для просмотра отснятых кадров. Кроме того, в отличие от пленочных камер с помощью дисплея может осуществляться и ручная фокусировка, правда эта функция характерна лишь для полупрофессиональных моделей.

Отдельного упоминания заслуживают модели, использующие принцип видеокамер — вместо оптического видоискателя в них установлен миниатюрный, не более 1,5 см, цветной ЖК-дисплей с хорошим разрешением — порядка 130 тысяч элементов. При этом на дисплей выводится дополнительная информация -значения диафрагмы, выдержки, количество кадров и т. д. Такое решение обусловлено, во-первых, особенностями конструкции камеры (например, когда «зрачок» оптического видоискателя просто негде расположить), а во-вторых, тем, что при съемке в солнечную погоду блики на ЖК-дисплее делают практически невозможным использование его в качестве видоискателя.

Экспозиция. Диафрагма и выдержка. Светочувствительность

Важнейшим оптическим определением является экспозиция.

ПРИМЕЧАНИЕ
Экспозиция — это физическая величина, служащая количественной мерой световой энергии, падающей на светочувствительный элемент.

В нашем случае светочувствительным элементом является ПЗС-матрица. От экспозиции, сообщенной матрице, во многом зависит качество снимка — недостаточная экспозиция (называемая фотографами недодержкой) приводит к плохой проработке деталей в тенях, избыточная экспозиция (передержка) — к плохой проработке светлых участков. Для управления экспозицией используются диафрагма и выдержка, для расширения их диапазона применяют материалы с более высокой светочувствительностью.

ПРИМЕЧАНИЕ
Диафрагма — это устройство, посредством которого ограничивается поперечное сечение световых пучков, проходящих через объектив, для уменьшения освещенности ПЗС-матрицы. Представляет собой светонепроницаемую преграду с центральным отверстием изменяемого диаметра.

Рис. 2.3. Диафрагма: а — f/22, б — f/8, в — f/2

Наиболее распространена ирисовая диафрагма, у которой световое отверстие образуется несколькими дугообразными лепестками (ламелями), соединенными с подвижным кольцом-коронкой. При повороте кольца лепестки сходятся (или расходятся), плавно уменьшая (или увеличивая) отверстие диафрагмы. Величина действующего отверстия диафрагмы изменяется в зависимости от условий съемки (освещенности фотографируемого объекта и чувствительности ПЗС-матрицы), а также выдержки (о ней будет рассказано далее). От величины отверстия диафрагмы зависит диапазон резко изображаемого пространства — чем меньше отверстие, тем больше глубина резкости, и наоборот.

Количественно диафрагма может быть описана относительным отверстием объектива, равным отношению диаметра входного зрачка объектива к его фокусному расстоянию. Квадрат этого числа определяет светосилу объектива. Для обозначения диафрагмы тем не менее используется так называемое диафрагменное число — величина, обратная относительному отверстию. Ряд численных значений диафрагменного числа выбирается так, что он образует геометрическую прогрессию со знаменателем, равным корню квадратному из двух (например, 1; 1,4; 2; 2,8; 4; 5,6 и т. д.). При данной яркости объекта съемки освещенность его оптического изображения на ПЗС-матрице обратно пропорциональна квадрату диафрагменного числа, то есть чем меньше число, тем больше света попадает на матрицу. Если минимальное значение диафрагменного числа 2,8 и ниже, то объектив считается светосильным.

ПРИМЕЧАНИЕ
Выдержка— это промежуток времени, в течение которого световые лучи воздействуют на ЭОП для сообщения ему требуемой экспозиции.

Длительность выдержки должна соответствовать освещенности объекта съемки, светочувствительности ПЗС-матрицы и диаф-рагменному числу. При съемке с большой выдержкой (больше 1/60 секунды) необходим штатив, иначе изображение будет «смазанным».

ПРИМЕЧАНИЕ
Светочувствительность — это способность какого-либо материала определенным образом реагировать на оптическое излучение. Чем выше чувствительность, тем меньшее количество света требуется для реакции материала.

Количественная мера указанной способности — светочувствительное число. Указывается в единицах ISO (International Standards Organization — Международная организация стандартов). При использовании пленки с высокой чувствительностью можно вести съемку с меньшей экспозицией. Но с увеличением чувствительности фотопленки растет зернистость изображения и неоднородность негатива. К сожалению, при увеличении чувствительности цифровой камеры изображение тоже ухудшается, но об этом будет рассказано далее.

Светосила вариообъективов. Системы оптической стабилизации

Отличительной особенностью вариообъектива является то, что его относительное отверстие обратно пропорционально фокусному расстоянию. Иными словами, в длиннофокусном режиме сквозь объектив проходит значительно меньше света, чем в широкоугольном.

Таким образом, при телесъемке пользователь вынужден использовать большую выдержку. Высококачественные вариообъективы обладают минимальной разницей между диафрагменными числами широкоугольного и длиннофокусного режимов. Однако чем больше кратность, тем сложнее выполнить данное условие. Кроме того, при больших фокусных расстояниях наблюдается неприятный эффект.

При колебании объектива относительно его продольной оси световой поток, отраженный от объекта съемки, смещается от оптической оси, в результате кадр получается «смазанным». Чтобы избежать этого, применяется правило, согласно которому соотношение фокусного расстояния и выдержки, не вызывающей
«смазанности», обратно пропорционально. То есть при фокусном расстоянии 200-мм выдержка не должна быть больше 1/200.

Обойти это правило можно использованием штатива, что не всегда возможно, либо применением систем оптической стабилизации. Одной из наиболее удачных конструкций является Image Stabilizer, разработанная фирмой Canon.

a).

b).

c).

Рис. 2.4. Система оптической стабилизации

Конструкция данного устройства достаточно сложная, чтобы описывать ее детально, основной принцип состоит в использовании линзы, перемещающейся перпендикулярно оптической оси.

Стабилизация осуществляется как в вертикальной, так и горизонтальной плоскости. Система гироскопических сенсоров определяет как направление, так и скорость смещения. Для перемещения корректирующей линзы используется соленоид, поскольку такие приводы отличаются малыми габаритами и весом, быстрой реакцией и скромным энергопотреблением. Определение текущей позиции линзы осуществляется инфракрасными датчиками, вся работа управляется высокопроизводительным микропроцессором.

При использовании системы Image Stabilizer выдержку можно увеличивать примерно в 4 раза относительно «правила обратной пропорциональности». Например, выдержка в 1/50 может успешно применяться при фокусном расстоянии 200 мм.

Экспозиционное число. Экспокоррекция

ПРИМЕЧАНИЕ
Экспозиционное число — понятие, используемое для однозначной характеристики условий фотосъемки и определения экспозиции, необходимой для получения качественного кадра при заданной светочувствительности ПЗС-матрицы.

Ряд значений экспозиционных чисел образует шкалу — изменение экспозиционного числа на одну единицу соответствует изменению экспозиции в два раза. Одну и ту же экспозицию можно обеспечить при различных сочетаниях значений диафрагменного числа и выдержки, называемых экспозиционными параметрами (экспопараметрами).

Большинство фотоаппаратов не позволяют пользователю вмешиваться в процесс расчета экспозиции и работают исключительно в автоматическом режиме. При этом выбор экспопараметров зависит исключительно от логики камеры.

Для того чтобы, с одной стороны, не отпугнуть малоподготовленного пользователя, а с другой — дать ему возможность хоть как-то управлять экспозицией, подавляющее большинство фотоаппаратов снабжены функцией экспокоррекции — изменения экспозиционного числа. Экспокоррекция осуществляется пошагово (1/2 либо 1/3 от экспозиционного числа) в сторону уменьшения (затемнения кадра) либо увеличения (осветления). Диапазон регулировки, как правило, в пределах от -2 до +2 экспозиционного числа. Необходимость экспокоррекции пользователь может оценить при просмотре на цветном ЖК-дисплее камеры отснятых кадров. Следует отличать экспокоррекцию от функций осветления и затемнения уже отснятых кадров — в этом случае происходит электронное редактирование кадра, возможности которого, в отличие от экспокоррекции, значительно меньше.

Приоритетная, программная и ручная установка экспозиции. Эксповилка

Существуют фотоаппараты, допускающие так называемые приоритетные режимы — пользователь устанавливает один из экспозиционных параметров (выдержку либо диафрагму) вручную, а второй из параметров вычисляется логикой фотоаппарата. При этом для достижения большой глубины резкости (при достаточной освещенности) пользователь может максимально закрыть диафрагму, а при портретной съемке, когда не требуется проработки деталей в глубину, — максимально открыть ее. А устанавливая выдержку в 1/125, можно избежать «одергивания» кадра при съемке «с рук», без штатива.

В режиме гибкой экспозиции камера предлагает фотографу серию пар «диафрагма-выдержка» (f/2,0-1/125, f/3,5-1/60 и т. д.). В этой серии уменьшение выдержки вызывает пропорциональное открытие диафрагмы, и наоборот. Пользователь может подбирать наиболее подходящие сочетания экснопараметров, например при съемке движущихся людей уменьшить выдержку, приоткрыв диафрагму.

В некоторых камерах есть режимы специальной программы, именуемые также сюжетами — ночной, пейзажный, спортивный, портретный. Эту функцию можно считать автоматизированным вариантом гибкой экспозиции. В данном случае, в зависимости от выбранной программы, встроенная логика ограничивает диапазон одного из экспопараметров и, варьируя второй параметр, подбирает правильную экспозицию. Наиболее характерен этот режим для любительских камер, логика которых не обладает достаточной «интеллектуальностью».

Для режима приоритета глубины резкости основным управляющим параметром является значение дистанции съемки, в остальном он похож на режимы специальной программы. После отработки автофокуса (или ручной фокусировки) определяется экспозиция, затем из серии возможных экспопараметров подбираются те, которые при данной дистанции съемки обеспечивают наибольшую глубину резкости.

Наиболее гибким является режим ручной установки экспозиции — пользователь устанавливает оба экспопараметра самостоятельно, основываясь на условиях съемки и собственном опыте. Некоторые виды художественной съемки возможны только в таком режиме. При этом автоматика камеры, как правило, отображает на символьном ЖК-индикаторе в долях экспочисла, насколько выбранная фотографом экспозиция отличается от рекомендуемого «интеллектом фотоаппарата» значения.

При съемке с использованием эксповилки фотоаппарат делает с минимальным интервалом несколько кадров с разным значением экспозиционного числа — диапазон и шаг при этом совпадают с соответствующими возможными значениями экспокоррек-ции. Эта функция позволяет выбрать из серии кадров наиболее подходящий по экспозиции при минимальном изменении компоновки объектов кадра (например, при съемке на природе).

Матричный замер экспозиции. Точечный и центровзвешенный экспозамер. Блокировка экспозиции

Для правильного замера экспозиции недостаточно только лишь определить интенсивность светового потока, падающего на ПЗС-мат-рицу. В разных случаях сочетание освещенности объекта съемки (находящегося в центре) и его фона требует особенного подхода, реализуемого матричным замером экспозиции с использованием логики фотоаппарата. Как следует из названия, при этом замере используется матрица светочувствительных элементов, передающая в микропроцессор камеры информацию об освещенности в разных областях кадра. Используя базу данных, микропроцессор подбирает наиболее подходящие для текущего случая экспозиционные параметры.

Рис. 2.5. Матрицы экспозамера: а - для точечного замера, б - для шестизонного замера, в - для восьмизонного замера

Если камера оборудована многозоновым автофокусом (об этой функции будет рассказано далее), объект съемки может быть смещен от оптической оси объектива. При обсчете экспозиции в качестве опорного принимается тот элемент матрицы экспозамера, который расположен ближе всех к объекту фокусировки.

Иногда освещенность объекта съемки и его фона очень сильно различаются, например, небольшой черный объект на белом фоне. Усредненное значение экспозиции, которое выбирает при этом логика камеры (даже очень «умной»), приводит к тому, что объект съемки получается затемненным. Для получения детализированного изображения объекта экспозиционное число должно обсчитываться только по его освещенности — для этого используется точечный замер экспозиции (в англоязычной литературе используется термин spot metering). При включении этой функции экспозиция вычисляется по небольшой центральной области кадра (порядка 10 % от площади изображения).

Центровзвешенный замер является компромиссом между двумя вышеуказанными методами, и в некоторых камерах он используется в качестве основного. Этот метод обеспечивает корректное определение экспозиции объекта, в то же время освещение фона изображения учитывается правильно.

Функция блокировки экспозиции в чем-то сродни точечному замеру экспозиции — пользователь наводит камеру на объект, освещенность которого должна использоваться для определения экспозиции, и нажимает соответствующую кнопку. Автоматика фотоаппарата вычисляет экспопараметры, затем фотограф окончательно компонует кадр и нажимает на кнопку затвора. Многоточечная блокировка экспозиции по принципу действия схожа с матричным экспозамером — значения экспопараметров вычисляются не по одному, а по нескольким объектам в кадре. Правда, в данном случае выбор областей кадра производится пользователем — каждый раз нажимая кнопку блокировки экспозиции, фотограф вводит данные об освещенности опорных объектов, а затем автоматика камеры вычисляет усредненное значение экспозиции.

Методы фокусировки

Как ни странно, но ручная фокусировка на цифровых камерах встречается значительно реже, чем на пленочных. Причем чаще эта функция присутствует у полупрофессиональных моделей. Объясняется это тем, что, первые образцы любительских цифровых фотоаппаратов предназначались для людей, мало знакомых с фотографией — примерно того же контингента, что и покупатели компактных 35-мм камер. Отсюда и стремление производителей упростить работу пользователя с техникой.

Существует два основных способа фокусировки: автоматическая фокусировка и оптика со свободным фокусом. В англоязычной литературе для обозначения второго способа используется термин focus -free. Во втором случае используется такое оптическое свойство, как гиперфокалъное расстояние объектива. Это минимальное расстояние от съемочного объектива до воображаемой плоскости в пространстве, при фокусировке объектива на эту плоскость дальняя граница резко изображаемого объекта оказывается в бесконечности. Ближняя граница (то есть минимальная дистанция съемки) оказывается на расстоянии, равном половине гиперфокального расстояния. Величина эта прямо пропорциональна квадрату фокусного расстояния объектива и обратно пропорциональна его диафрагме. Стремясь уменьшить ближнюю границу съемки (хотя бы до 1,5 метров), производители используют короткофокусные объективы с максимально закрытой диафрагмой. Чаще всего такое решение встречается на дешевых «мыльницах» — пластмассовая оптика с постоянным фокусным расстоянием и ЭОП низкого разрешения не в состоянии создать приличный кадр, поэтому автофокус в этом случае является ненужной роскошью. Хотя в истории цифровой фотографии встречались камеры стоимостью около 1000 долларов, с высоким разрешением и вариообъективом со свободным фокусом, к ним относятся модели DC-200, DC-210 и DC-215 фирмы Kodak.

Для точной фокусировки применяются различные виды автофокуса.

ПРИМЕЧАНИЕ
Автофокус — система, предназначенная для фокусировки без вмешательства фотографа. Состоит из устройства контроля и сервопривода фокусировки объектива. Устройство контроля состоит из двух частей. Одна из них — сенсорный блок, измеряющий расстояние до объекта съемки либо определяющий четкость формируемого объективом изображения. Вторая часть — управляющий микропроцессор, использующий оптимальные для текущих условий алгоритмы фокусировки.

Активный автофокус использует инфракрасный либо ультразвуковой дальномер — на объект съемки посылается импульс (инфракрасный либо ультразвуковой) и, отраженный от объекта, он попадает на специальный датчик фотоаппарата. По интервалу между моментами посылки импульса и приема отраженного определяется расстояние до объекта.

Иначе работает пассивный автофокус. Если объект съемки не в фокусе и изображение «размытое», то часто расположенные линейки светочувствительных элементов освещены одинаково. Если объект в фокусе, то изображение резкое, контрастное и разница в освещенности соседних линеек достаточно велика. На основании этой информации микропроцессор автофокуса определяет дистанцию съемки. В ряде случаев интенсивности светового потока недостаточно для уверенной работы автофокуса, поэтому некоторые модели камер оснащены лампой подсветки автофокуса. Эти лампы могут подсвечивать объект съемки как в видимой, так и в инфракрасной области спектра.

Большинство камер оборудовано автофокусом с блокировкой. Этот режим используется тогда, когда объект съемки не должен находиться в центре кадра. Пользователь наполовину нажимает кнопку затвора, камера обсчитывает экспозицию и дистанцию съемки, после чего пользователь может окончательно скомпоновать кадр и дожать кнопку затвора. В иных случаях для блокировки фокуса используется отдельная кнопка, иногда она совмещается с кнопкой блокировки экспозиции.

Некоторые из камер снабжены многозвоновым автофокусом, часть из них — с возможностью ручной установки зоны фокусировки. Такая система осуществляет поиск объекта фокусировки не только вблизи оптической оси объектива, но и по краям кадра, останавливая свой выбор на наиболее контрастных либо расположенных на наименьшей дистанции объектах. Ручной выбор зоны фокусировки значительно упрощает съемку со штатива, опять-таки, когда снимаемый объект смещен от оптической оси объектива. Данный режим по своему предназначению частично пересекается с блокировкой фокуса.

Наличие многозонового автофокуса, помимо комфортности съемки, увеличивает время, необходимое автоматике камеры для точной фокусировки. Поэтому некоторые из фотоаппаратов, оборудованных многозоновым автофокусом, имеют также функцию точечной фокусировки, при которой область работы автоматики ограничивается небольшой зоной (не более 10 %) вокруг оптической оси объектива.

В некоторых случаях для получения резкого изображения от пользователя требуется указать диапазон съемки. Например, камера может обеспечивать точную фокусировку от одного метра до бесконечности, а в режиме макросъемки (фотографирования мелких объектов крупным планом) — от 0,2 до 1 м. Фотограф должен включить эту функцию с помощью соответствующей кнопки либо посредством выбора определенного пункта меню. Некоторые камеры требуют также переключения автофокуса на «бесконечность» при пейзажной съемке.

Для большего контроля в процессе съемки практически у всех полупрофессиональных моделей присутствует функция ручной фокусировки. Разумеется, что по своей реализации она сильно отличается от зеркальных камер.

Ручная фокусировка производится не механически связанным с системой линз кольцевым рычагом, а кнопками, приводящими в действие сервоприводы, которыми при автоматической фокусировке «пользуется» автофокус. При этом фотограф с помощью ЖК-дисплея определяет резкость получаемого кадра, для более точного контроля кадр отображается масштабированным в 1,5-3 раза.

Иногда применяется сильно упрощенный вариант реализации ручной фокусировки. Пользователь может установить одну из 10-20 дистанций съемки, например 0,1; 0,2; 0,3; 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5; 3; 5 метров и т. д. При этом необходимо знать истинное расстояние до объекта, поэтому успешнее всего эта функция используется при фотографировании в студии, когда можно точно измерить дистанцию съемки.

С другой стороны, личный опыт автора позволяет ему утверждать, что в 90 случаях из 100 дистанция съемки, просчитанная автоматикой камеры, будет ближе к истинной, чем определенная пользователем «на глазок». Разумеется, это не касается фотографа-профессионала, вооруженного зеркальной камерой.

Аберрации

ПРИМЕЧАНИЕ
Аберрации — искажения (от лат. aberratio — уклонение) изображения, формируемого оптической системой. Проявляются в понижении резкости изображения, нарушении подобия между объектом и его изображением (геометрические аберрации) либо окрашивании контуров изображения (хроматические аберрации).

Среди большого количества геометрических аберраций наиболее заметны кривизна поля и дисторсия.

Кривизна поля характеризуется тем, что резкое изображение плоского предмета лежит на искривленной поверхности. Вызвано это тем, что после прохождения сквозь оптическую систему световые лучи, идущие из точек, расположенных вне оптической оси объектива, сходятся в фокус не в одной плоскости. На фотографии кривизна поля проявляется в понижении резкости изображения от центра к краям. Устраняется эта аберрация подбором линз с различной кривизной поверхностей.

Дисторсией называется аберрация, при которой нарушается геометрическое подобие между объектом и его изображением. Это явление возникает в результате того, что линейное увеличение, даваемое оптической системой, изменяется по полю изображения.

Рис. 2.6. Дисторсия

В вариообъективах дисторсия выражается в «подушкообразных» искажениях при длиннофокусном режиме и в «бочкообразных» — при широкоугольном. Для снижения дисторсии в конструкцию объективов включается асферическая оптика, то есть линзы с параболическими, эллиптическими и другими поверхностями.

Хроматические аберрации обусловлены зависимостью показателя преломления оптического стекла от длины волны проходящего через него света. В линзовых оптических системах это приводит к разложению луча белого света на несколько одноцветных лучей, которые после выхода из оптической системы пересекают оптическую ось в разных точках. Поэтому в тех случаях, когда освещенность объекта съемки и его фона сильно отличается, на стыке появляется цветовая окантовка, чаще синеватого или фиолетового оттенка, именуемая каймой (fringe). Хроматическую аберрацию уменьшают комбинированием положительных и отрицательных линз, сделанных из разных сортов стекла.

Разрешающая способность оптики

ПРИМЕЧАНИЕ
Разрешающая способность оптических систем — под этой характеристикой подразумевается способность данных систем создавать раздельные изображения двух близко расположенных точек объекта. Разрешающую способность оценивают по наименьшему расстоянию между двумя точками, при котором их изображения еще не сливаются.

До недавнего момента вопрос о достаточности разрешающей способности объективов не возникал. Однако с увеличением разрешения матриц любительских камер периодически складывается ситуация, когда один и тот же сенсор, установленный на разных фотоаппаратах, «рисует» изображение с неодинаковым качеством. Особенно это характерно для сверхкомпактных моделей, к которым тяжело создать объектив с высокими оптическими характеристиками.

Дополнительная оптика

Порой фокусного расстояния не хватает для съемки удаленных предметов. Иногда «угол зрения» объектива не позволяет захватить фасад здания целиком. Часто требуется снять крупным планом такие миниатюрные вещи, какие обычным глазом трудно рассмотреть. Наконец, в яркий солнечный день избыток ультрафиолета мешает правильной цветопередаче. Для решения всех этих проблем используются оптические насадки.

Оптические насадки подразделяются на две основные категории — светофильтры (ограничивающие диапазон световых лучей, либо поляризующие) и конверторные насадки (изменяющие фокусное расстояние либо предназначенные для макросъемки). По способу крепления насадки подразделяются тоже на две группы.
Во-первых, это держащиеся за счет трения насадки (snap-on). Они мало распространены, так как каждая из них предназначена для строго определенной модели фотоаппаратов.

Рис. 2.7. Конверторные насадки

Вторая группа насадок значительно популярнее — для их крепления используется внутренняя метрическая резьба стандартных размеров (от 37 до 62 мм), которая наносится на объектив. На эту резьбу и накручиваются насадки.

Иногда требуются переходные кольца (step-up rings), например когда диаметр резьбы линзы больше диаметра резьбы объектива.

Рис. 2.8. Переходные кольца

В некоторых случаях, например, когда объектив выдвигающийся и резьба нанесена на корпус, требуется тубусный переходник, охватывающий подвижную часть оптики.

Конверторные насадки делятся на простые линзы и насадки с фокусировкой. Их основной характеристикой является коэффициент изменения фокусного расстояния, например, при коэффициенте 0,8 (то есть использовании широкоугольной насадки) фокусное расстояние уменьшается, и вместо минимального значения 35 мм получается 28 мм. Теленасадка с коэффициентом 1,4 увеличивает фокусное расстояние, и в длиннофокусном режиме 105 мм превращаются в 147 мм

Насадки с фокусировкой предназначены для многократного (от 3 до 5 раз) увеличения фокусного расстояния, поэтому состоят из нескольких оптических элементов. Для корректной работы автофокуса камеры, как следует из названия этих изделий, требуется предварительная фокусировка вручную.

ПРИМЕЧАНИЕ
Виньетирование — частичное ограничение различными оптическими элементами наклонных по отношению к оптической оси световых лучей при их прохождении сквозь оптическую систему. Выражается в затенении краевых областей кадра и ограничении изображения кругом определенного диаметра.

При использовании насадок возникают две проблемы. Во-первых, при использовании теленасадок вариообъектив необходимо устанавливать на максимальное фокусное расстояние — при меньших значениях в большинстве случаев наблюдается виньетирование. Во-вторых, при использовании любых насадок световой поток ослабляется, то есть если не применять штатив, то требуется светосильный объектив.

Практически для всех фотокамер, объективы которых оснащены резьбой, фирмы-производители предлагают в качестве дополнительных аксессуаров минимальный набор из макролинзы, телеконвертора и широкоугольной линзы. Впрочем, есть возможность выбора из продукции специализирующихся на насадках компаний. Среди них наиболее известны НАМA, Tiffen и Raynox.